CN116046232A - 用于检测转矩和转动角的系统 - Google Patents

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S·特普西奇
A·罗绍
T·怀贝尔
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Abstract

一种用于检测转矩和转动角的系统(1),具有能够围绕转动轴线(X)旋转的转子单元(10)和定子单元(20),定子单元被位置固定地布置并且通过相对于转动轴线(X)的径向气隙(30)与转子单元分开;转子单元具有应变计(15),用于检测作用在转子单元上的转矩;转子单元具有多个彼此间隔开布置的偶极磁体(14);定子单元具有磁场传感器(24),用于在转子单元转动时测量偶极磁体的磁场;定子单元具有初级线圈(21),转子单元具有次级线圈(11);初级线圈中的初级电压引起次级线圈中的次级电压;每个偶极磁体的剩磁大于/等于1000mT、优选大于/等于1400mT;并且次级线圈具有多个铁氧体元件(110)。

Description

用于检测转矩和转动角的系统
技术领域
本发明涉及一种用于检测转矩和转动角的系统。
背景技术
在工业测量技术中,需要检测工业制造产品的物理变量,例如转矩、转动角等。因此,在试验台技术中将检测转动部件例如内燃机、电动马达、传动装置、泵等的转矩和转动角。即使在切削加工工件时,也要检测转动部件的转矩和转动角。
申请人提供一种名为KiTorq并记录在数据表4550A_000-880d-08.20中的系统用于检测转矩和转动角。就本发明的目的而言,KiTorq构成现有技术。KiTorq具有转子单元和定子单元。转子单元被构造为法兰并且能够通过螺栓连接紧固在任意的转动部件上。转子单元被设计为转速高达20000min-1。定子单元被位置固定地布置。定子单元关于转动轴线以径向气隙与转子单元分开。
转子单元具有应变计。应变计包括测量栅和桥接电路。当在测量栅上施加电压时,测量栅具有电阻。当测量栅被拉伸或压缩时,电阻会发生变化,该电阻的变化在桥接电路中产生测量信号。应变计由此检测到作用在转子单元上的转矩。应变计动态地检测转矩并且以高达35kSample的采样率产生高达每秒10000个的测量信号。测量信号具有24Bit的分辨率。
转子单元具有多个彼此间隔开布置的偶极磁体(Dipolmagnete)。定子单元具有在转子单元转动期间测量偶极磁体磁场的磁场传感器。通过对所测量的磁场计数并在知道偶极磁体彼此之间的距离的情况下,系统确定转子单元经过的转动角度。
为了将测量信号从转子单元传递到定子单元,转子单元具有转子天线,定子单元具有定子天线。测量信号被无接触地传递,其中转子天线将测量信号发送到定子天线。为此,在工业科学和医疗(ISM)频带中使用13.56MHz的发送频率,并且实现高达1.4Mbitsec-1的数据传输速率。
为了使应变计和转子天线工作,必须向转子单元供电。为此,定子单元具有初级线圈,并且转子单元具有次级线圈。该初级线圈和该次级线圈相互感应耦合。初级线圈中的初级电压在次级线圈中引起次级电压。初级线圈与次级线圈的感应耦合是非接触式的并且是发生在载波频率为115kHz至130kHz的ISM频带内。
偶极磁体由磁化的铁氧体粉末/橡胶混合物制成。偶极磁体的剩磁(Remanenz)为较小的200mT,是相对较弱的。这种弱剩磁容易受到外部磁场的干扰并因此使转动角的测定失真。
为了实现感应耦合,次级线圈具有铁粉/树脂混合物。铁粉/树脂混合物可以被快速搅拌并用抹刀将其以弯曲的形状轻易布置在转子单元上,在那里快速硬化。特别地,相同的铁粉/树脂混合物可以用于具有不同曲率半径的转子单元。因此,铁粉/树脂混合物能够实现高易变性的低成本的制造。然而,新搅拌后的铁粉/树脂混合物含有气孔,这些气孔在铁粉/树脂混合物硬化之后仍然保留,导致磁导率较低。由此使得初级线圈与次级线圈的感应耦合效率低。
基于这些原因,偶极磁体和磁场传感器以及初级线圈和次级线圈必须紧靠在一起。定子单元与转子单元之间的径向气隙仅为1.0mm,并且必须符合+/-0.5mm的窄径向气隙公差。为了保持这样的窄径向气隙公差,转子单元应根据G 2.5的DIN ISO 1940-1被具有平衡质量(Wuchtgüte)地制成,然而这使得KiTorq的制造复杂且昂贵。
另外,经常发生的还有:在转子单元紧固在转动部件上之后,在转动部件旁边没有足够的空间将定子单元安装在转子单元旁边,以使磁场传感器能够最接近偶极磁体。然而,磁场传感器离偶极磁体越远,磁场传感器对偶极磁体的磁场的测量就越容易出错,这会导致转动角的测定失真。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种用于检测转矩和转动角的系统,该系统具有转子单元和定子单元,所述转子单元和所述定子单元关于转动轴线被径向气隙彼此分开,该气隙大于根据KiTorq的现有技术的气隙,并且该气隙具有比根据KiTorq的现有技术更大的公差。
本发明的第二个目的是提供一种用于检测转矩和转动角的系统,该系统对转动角的检测能够不易受到外部磁场的干扰。
并且本发明的第三个目的是寻找一种用于检测转矩和转动角的系统,该系统的制造成本比根据KiTorq的现有技术更低。
最后,本发明的第四个目的是提供一种用于检测转矩和转动角的系统,在该系统中,定子单元能够被轻松、快速地安装在转子单元附近,从而使得磁场传感器最接近偶极磁体。
至少一个上述的目的通过根据本发明的技术方案来实现。
本发明涉及一种用于检测转矩和转动角的系统;该系统具有转子单元,该转子单元能够围绕转动轴线转动;该系统具有定子单元,该定子单元被位置固定地布置并且通过关于转动轴线的径向气隙与转子单元分开;其中转子单元具有应变计,该应变计检测作用在转子单元上的转矩;其中转子单元具有多个偶极磁体,所述偶极磁体彼此间隔开地布置;其中定子单元具有磁场传感器,该磁场传感器在转子单元转动时测量偶极磁体的磁场;其中定子单元具有初级线圈,并且转子单元具有次级线圈;其中初级线圈中的初级电压引起次级线圈中的次级电压;其中每个偶极磁体具有大于/等于1000mT的剩磁,优选大于/等于1400mT;并且其中,次级线圈具有多个铁氧体元件。
根据本发明,转子单元的偶极磁体具有很强的剩磁。与根据KiTorq的偶极磁体的磁化铁氧体粉末/橡胶混合物相比,根据本发明的偶极磁体的剩磁至少大五倍。由于这种强剩磁,定子单元的磁场传感器可以从更远的距离测量偶极磁体的磁场。此外,这种强剩磁不易受到外部磁场的干扰。
铁氧体元件由非常纯净的铁-氧化合物组成,其在高压下被均匀地压制成压制品(Pressling)。因此,铁氧体元件的特征在于磁性材料占很大比例并且是高度致密的。铁氧体元件因此具有高磁导率。与根据KiTorq的铁粉/树脂混合物相比,铁氧体元件还提高了初级线圈与次级线圈之间的感应耦合效率。并且,由于提高了效率,感应耦合可以在更大的距离上发生。
因此,根据本发明的系统的次级线圈中的强剩磁偶极磁体与铁氧体元件的组合具有协同效应,即,从转子单元到定子单元的径向气隙允许增大,并且容许径向气隙公差也允许扩大。
此外,铁氧体元件的采购成本低廉,这使得系统的制造成本低廉。
用于检测转矩和转动角的系统的优选实施方式在下面的描述中给出。
在该系统的一种优选的实施方式中,径向气隙大于/等于2.0mm并且具有+/-1.5mm的径向气隙公差。
与根据KiTorq的现有技术中用于检测转矩和转动角的系统相比,现在径向气隙至少是其两倍大,并且其容许径向气隙公差甚至是三倍大。
在该系统的一种优选的实施方式中,转子单元具有转子体和多个盲孔,这些盲孔在外侧设置在转子体上;并且铁氧体元件被紧固在盲孔中。
铁氧体元件紧固在盲孔中很容易实现,这使得系统的制造成本低廉。
在该系统的一种优选的实施方式中,铁氧体元件在盲孔中的紧固以形状配合的方式实现。
在该系统的一种优选的实施方式中,每个盲孔具有内部空间,该内部空间具有至少一个内表面;每个铁氧体元件具有至少一个外表面;并且内表面和外表面被尺寸配合地加工,并且内表面以形状配合的方式机械接触外表面。
所述形状配合确保铁氧体元件即使在20000min-1甚或更高的离心力下也不会从转子体上脱落。这种形状配合很容易实现并且使系统的制造成本低廉。
在该系统的一种优选的实施方式中,转子单元具有线圈绕组,该线圈绕组沿径向安装在铁氧体元件的外侧上。
将线圈绕组沿径向安装在铁氧体元件的外侧上也很容易实现并且使系统的制造成本低廉。
在该系统的一种优选的实施方式中,偶极磁体由钕-铁-硼制成。
由钕-铁-硼制成的偶极磁体购置成本低廉,这也使系统的制造成本低廉。
在该系统的一种优选的实施方式中,转子单元具有转子体和凹槽,该凹槽径向地在外侧设置在转子体中;并且其中,偶极磁体被紧固在凹槽中。
这种凹槽很容易设置在转子体中。紧固在凹槽中的偶极磁体因此相对于转动轴线的径向距离基本上与线圈绕组相同,这使得能够以简单设计的转子盖来覆盖偶极磁体和线圈绕组。因此,该凹槽有助于降低系统的制造成本。
在该系统的一种优选的实施方式中,转子单元具有转子盖,该转子盖沿径向在外侧紧固在转子单元上。
在该系统的一种优选的实施方式中,将转子盖以力配合的方式紧固在转子单元上。
在该系统的一种优选的实施方式中,转子盖被夹紧在转子单元上。
在该系统的一种优选的实施方式中,转子单元具有线圈绕组;并且,被夹紧在转子单元上的转子盖完全覆盖线圈绕组和偶极磁体。
这样的转子盖保护偶极磁体和线圈绕组免受机械损坏。这样的转子盖易于紧固在转子单元上,并使得系统的制造成本低廉。
在该系统的一种优选的实施方式中,定子单元以+/-1.0mm的轴向偏移公差相对于转子单元沿着转动轴线布置。
轴向偏移公差是在将定子单元安装在转子单元旁边时的轴向自由度。在该轴向偏移公差的范围内,磁场传感器对偶极磁体磁场的测量不受影响。通过该轴向自由度,定子单元能够轻松且快速地安装在转子单元旁边。
在该系统的一种优选的实施方式中,磁场传感器针对每个测量的磁场生成磁场信号;其中定子单元具有分析单元,该分析单元执行分析程序;其中磁场传感器将磁场信号传输到分析单元;并且其中,分析程序对磁场信号进行计数并将其与偶极磁体之间的距离相乘,由此确定转子单元经过的转动角。
在该系统的一种优选的实施方式中,应变计针对检测到的转矩生成测量信号;其中转子单元具有转子天线;其中应变计将测量信号传输到转子天线;其中定子单元具有定子天线和分析单元,该分析单元执行分析程序;其中转子天线将测量信号发送到定子天线;其中定子天线将从转子天线接收的测量信号传输到分析单元;并且其中,分析程序根据所传输的测量信号来确定作用在转子单元上的转矩。
附图说明
下面参照附图对本发明进行示例性地详细说明。其中:
图1示出了用于检测转矩和转动角的系统1的一部分的视图,其具有转子单元10和定子单元20;
图2示出了根据图1的系统1的一部分沿截面C-C的视图;
图3示出了根据图2的系统1的一部分的放大剖视图;
图4示出了根据图1和图2的转子单元10的一部分的放大视图;以及
图5示出了根据图3的转子单元10的一部分沿截面D-D的放大剖视图。
其中,附图标记列表如下:
1 系统
10 转子单元
11 次级线圈
100 转子体
1001 内表面
110 铁氧体元件
111 线圈绕组
1101 外表面
12 盲孔
120 盲孔开口
121 内部空间
13 转子天线
14 偶极磁体
15 应变计
16 凹槽
17 转子盖
20 定子单元
21 初级线圈
22 定子盖
23 定子天线
24 磁场传感器
25 分析单元
30 径向气隙
31 径向气隙公差
32 轴向偏移公差
C-C 截面
D-D 截面
X 转动轴线
Y 水平轴线
Z 竖直轴线
具体实施方式
图1示出了用于检测转矩和转动角的系统1的一部分的视图。图2根据图1沿截面C-C的视图。图3示出了根据图2的系统1的一部分的放大剖视图。图4示出了根据图1和图2的转子单元10的一部分的放大视图。
图5示出了根据图3的转子单元10的一部分沿截面D的放大剖视图。相同的附图标记在附图中表示相同的物体。
系统1以包括转动轴线X、水平轴线Y和竖直轴线Z的三维坐标系示出。这三个轴线彼此垂直。
系统1具有转子单元10和定子单元20。
转子单元10具有中空圆柱形的转子体100。转子体100由机械耐性材料制成,例如钢、不锈钢等。转子单元10被构造为法兰,并且能够通过螺栓连接紧固在任意的转动部件上。转子单元10的设计转速为20000min-1及以上。
定子单元20被位置固定地布置。定子单元相对于转动轴线X以径向气隙30与转子单元10分开。径向气隙30大于/等于2.0mm并且具有+/-1.5mm的径向气隙公差31。独立于此地,定子单元沿着转动轴线X相对于转子单元10具有轴向偏移公差32。轴向偏移公差32为+/-1.0mm。
转子单元10具有应变仪15。应变计15包括测量栅和桥接电路。当在测量栅上施加电压时,测量栅具有电阻。在测量栅被拉伸或压缩时,电阻会发生变化,电阻的该变化在桥接电路中产生测量信号。应变计15动态地检测转矩,并且以高达35Ksample的采样率产生高达每秒10000个的测量信号。测量信号具有24Bit的分辨率。应变计15检测的最大额定转矩为100Nm及以上,检测精度小于/等于0.05%。
转子单元10还具有转子天线13,并且定子单元20具有定子天线23。应变计15和转子天线13通过电导线相互电连接。应变计15通过电导线将测量信号传递到转子天线13。测量信号由转子单元10非接触式地传递到定子单元20。为此,转子天线13将测量信号发送到定子天线23。优选地,在工业科学和医疗(ISM)频带中使用13.56MHz的发送频率,并且数据传输速率高达1.4Mbitsec-1
转子单元10具有次级线圈11,并且定子单元20具有初级线圈21。初级线圈21和次级线圈11彼此感应耦合。初级线圈21中的初级电压在次级线圈11中引起次级电压。定子单元20通过感应耦合向转子单元10供应电能。初级线圈21与次级线圈11的感应耦合是非接触式的并且是发生在载波频率为115kHz至130kHz的ISM频带内。
次级线圈11和应变计15通过电导线相互电连接。次级线圈11通过电导线向应变计15供应电能。次级线圈11和转子天线13通过电导线相互电连接。次级线圈11通过电导线向转子天线13供应电能。
转子单元10具有多个盲孔12。这些盲孔12沿径向在外侧布置在转子体100中。盲孔12相对于转动轴线X以恒定的径向距离布置在一圆周上。优选地,每个盲孔12具有盲孔开口120。盲孔开口120平行于转动轴线X设置在转子体100中。每个盲孔12具有盲孔开口120和内部空间121。盲孔开口120平行于转动轴线X设置在转子体100中。内部空间121可以通过盲孔开口120从转子单元10的外部接近。
次级线圈11具有多个铁氧体元件110。铁氧体元件110是锰-锌-铁磁体、镍-锌-铁磁体等。优选地,铁氧体元件110由材料3C90制成。材料3C90初始磁导率大于/等于2000,优选大于/等于2300。初始磁导率是根据标准DIN IEC 60401在25℃的室温下,以小于/等于10kHz的低电流频率和小于0.25mT的低磁性调节(magnetischer Aussteuerung)来确定。初始磁导率具有+/-20%的方差(Streuung)。对于115kHz至130kHz范围内的载波频率,材料3C90具有小的涡流损耗,在165kWm-3至205kWm-3的范围内。涡流损耗是在25℃的室温下和100mT的磁性调节下来确定。优选地,铁氧体元件110是圆柱形的。优选地,每个铁氧体元件110具有2.0mm的直径和7.5mm的长度。优选地,次级线圈11具有一百个铁氧体元件110。优选地,铁氧体元件12彼此之间的距离为3.7mm。
铁氧体元件11彼此之间以恒定的间距布置在盲孔12的圆周上。铁氧体元件110紧固在盲孔12中。在每个盲孔12中紧固一个铁氧体元件110。铁氧体元件110允许通过盲孔开口120进入到内部空间121中。铁氧体元件110在盲孔12中的紧固通过例如卡锁等形状配合的方式或者例如粘接等材料配合的方式或者例如夹紧等力配合的方式来实现,或者通过形状配合、材料配合和力配合的任意组合来实现。优选地,内部空间121具有至少一个内表面1001,并且铁氧体元件110具有至少一个外表面1101。内表面1001和外表面1101被尺寸匹配地加工,并且内表面1001以形状配合的方式机械接触外表面1101。现在,如果在转子单元10的转数为20000min-1及更高的情况下有离心力作用在铁氧体元件11上,则铁氧体元件11不能从转子体100下脱落,因为上述的形状配合能够防止铁氧体元件11运动离开转子体100。
转子单元10具有线圈绕组111。线圈绕组111沿径向在外侧设置在铁氧体元件110上。线圈绕组111相对于转动轴线X以恒定的径向距离布置在一圆周上。线圈绕组111由铜等导电材料制成的金属线制成,金属线的直径优选为0.4mm。
转子单元10具有凹槽16。凹槽16沿径向在外侧设置在转子体100中。凹槽16相对于转动轴线X以恒定的径向距离布置在一圆周上。
转子单元10具有多个偶极磁体14,这些偶极磁体的剩磁大于/等于1000mT,优选大于/等于1400mT。优选地,偶极磁体14由钕-铁-硼制成。优选地,偶极磁体14被紧固在凹槽16中。偶极磁体14的紧固通过例如粘接等材料配合的方式,或者通过例如夹紧等力配合的方式,或者通过材料配合和力配合的组合来实现。偶极磁体14彼此之间以恒定的距离布置在凹槽16的圆周上。优选地,转子单元10具有七十二个偶极磁体14。偶极磁体14彼此之间的距离优选为5.0mm。优选地,偶极磁体14是长方体的。优选地,每个偶极磁体14的尺寸为3.0x3.0x 4.0mm3。亦即,每个偶极磁体14沿转动轴线X具有3mm的轴向长度。该3mm的轴向长度在将定子单元20安装在转子单元10旁边时能够实现一轴向自由度。由于定子单元20的磁场传感器24不必再紧邻偶极磁体14,而是有+/-1.0mm的轴向偏移公差32,因此不会影响磁场传感器24对偶极磁体14的磁场的测量。
转子单元10具有转子盖17。转子盖17沿径向在外侧紧固在转子单元10上。转子盖17在转子单元10上的紧固通过例如夹紧等力配合的方式实现。转子盖17由具有高抗拉强度和刚度的材料制成,例如碳纤维增强塑料(CFK)、玻璃纤维增强塑料(GFK)等。转子盖17相对于转动轴线X以恒定的径向距离布置在一圆周上。转子盖17是带状的。优选地,转子盖17通过弹性变形被夹紧在转子单元10上。优选地,被夹紧在转子单元10上的转子盖17完全地覆盖线圈绕组111和偶极磁体14。优选地,偶极磁体14的径向外侧端部与线圈绕组111的径向外侧端部相对于转动轴线X的径向距离基本相同。因此,被夹紧在转子单元10上的转子盖17沿径向在外侧是以直接机械接触的方式平面贴靠在线圈绕组111上,并且以直接机械接触的方式平面贴靠在偶极磁体14上。转子盖17保护线圈绕组111和偶极磁体14免受机械损坏。
定子单元20具有磁场传感器24,该磁场传感器在转子单元10转动时测量偶极磁体14的磁场。磁场传感器24是霍尔传感器、磁阻传感器等。磁场传感器24针对所测量的每个磁场产生磁场信号。优选地,磁场信号是数字信号。
定子单元20具有分析单元25。分析单元25是具有至少一个数据处理器和至少一个数据存储器的电路。分析单元25具有至少一个分析程序。分析程序存储在数据存储器中并且可以从数据存储器加载到数据处理器。分析单元25执行被加载到数据处理器中的分析程序。
定子天线23和分析单元25通过电导线相互电连接。定子天线23将从转子天线13接收的测量信号通过电导线传输到分析单元25。加载到数据处理器中的分析程序根据所传输的测量信号确定作用在转子单元10上的转矩。
磁场传感器24和分析单元25通过电导线相互电连接。磁场传感器24通过电导线将磁场信号传输到分析单元25。加载到数据处理器中的分析程序对所传输的磁场信号进行计数。偶极磁体14彼此之间的距离值存储在数据存储器中。加载到数据处理器的分析程序从数据存储器中读取偶极磁体14彼此之间的距离值,并将其与所计数的磁场信号的数量相乘,从而确定转子单元10经过的转动角。
系统1可以多样化地应用于工业测量技术。在测试台技术中,系统1可用于检测转矩和转动角。即使是在工件的切削加工中,也可以利用系统1来检测转动部件上的转矩和转动角。

Claims (15)

1.一种用于检测转矩和转动角的系统(1),具有:
转子单元(10),所述转子单元能够围绕转动轴线(X)旋转;
定子单元(20),所述定子单元被位置固定地布置并且通过相对于所述转动轴线(X)的径向气隙(30)与所述转子单元(10)分开;
其中,所述转子单元(10)具有应变计(15),所述应变计检测作用在所述转子单元(10)上的转矩;
其中,所述转子单元(10)具有多个偶极磁体(14),所述偶极磁体彼此间隔开地布置;
其中,所述定子单元(20)具有磁场传感器(24),所述磁场传感器在所述转子单元(10)转动时测量所述偶极磁体(14)的磁场;
其中,所述定子单元(20)具有初级线圈(21),并且所述转子单元(10)具有次级线圈(11);
其中,所述初级线圈(21)中的初级电压引起所述次级线圈(11)中的次级电压;
其特征在于,每个所述偶极磁体(14)具有大于/等于1000mT、优选大于/等于1400mT的剩磁;并且所述次级线圈(11)具有多个铁氧体元件(110)。
2.根据权利要求1所述的系统(1),其特征在于,所述径向气隙(30)大于/等于2.0mm并且具有+/-1.5mm的径向气隙公差(31)。
3.根据权利要求1或2所述的系统(1),其特征在于,所述转子单元(10)具有转子体(100)和多个盲孔(12),所述盲孔(12)在外侧设置在所述转子体(100)上;并且所述铁氧体元件(110)紧固在所述盲孔(12)中。
4.根据权利要求3所述的系统(1),其特征在于,所述铁氧体元件(110)在所述盲孔(12)中的紧固以形状配合的方式实现。
5.根据权利要求4所述的系统(1),其特征在于,每个盲孔(12)具有内部空间(121),所述内部空间(121)具有至少一个内表面(1001);每个铁氧体元件(110)具有至少一个外表面(1101);并且所述内表面(1001)和所述外表面(1101)被尺寸匹配地加工,并且所述内表面(1001)以形状配合的方式机械地接触所述外表面(1101)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(1),其特征在于,所述转子单元(10)具有线圈绕组(111),所述线圈绕组(111)沿径向在外侧安装在所述铁氧体元件(110)上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统(1),其特征在于,所述偶极磁体(14)由钕-铁-硼制成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统(1),其特征在于,所述转子单元(10)具有转子体(100)和凹槽(16),所述凹槽(16)沿径向在外侧设置在所述转子体(100)中;并且所述偶极磁体(14)被紧固在所述凹槽(16)中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统(1),其特征在于,所述转子单元(10)具有转子盖(17),所述转子盖(17)沿径向在外侧紧固在所述转子单元(10)上。
10.根据权利要求9所述的系统(1),其特征在于,所述转子盖(17)在所述转子单元(10)上的紧固以力配合的方式实现。
11.根据权利要求9或10所述的系统(1),其特征在于,所述转子盖(17)被夹紧在所述转子单元(10)上。
12.根据权利要求11所述的系统(1),其特征在于,所述转子单元(10)具有线圈绕组(111);并且,被夹紧在所述转子单元(10)上的转子盖(17)完全覆盖线圈绕组(111)和所述偶极磁体(14)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统(1),其特征在于,所述定子单元(20)相对于所述转子单元(10)沿着所述转动轴线(X)以+/-1.0mm的轴向偏移公差(32)布置。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的系统(1),其特征在于,所述磁场传感器(24)针对所测量的每个磁场产生磁场信号;所述定子单元(20)具有分析单元(25),所述分析单元(25)执行分析程序;所述磁场传感器(24)将所述磁场信号传输到所述分析单元(25);并且所述分析程序对所述磁场信号进行计数并与所述偶极磁体(14)之间的距离相乘,由此确定所述转子单元(10)经过的转动角。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统(1),其特征在于,所述应变计(15)针对检测到的转矩产生测量信号;所述转子单元(10)具有转子天线(13);所述应变计(15)将所述测量信号传输到所述转子天线(13);
所述定子单元(20)具有定子天线(23)和分析单元(25),所述分析单元(25)执行分析程序;所述转子天线(13)将所述测量信号发送到所述定子天线(23);
所述定子天线(23)将从所述转子天线(13)接收的测量信号传输到所述分析单元(25);并且所述分析程序根据所传输的测量信号来确定作用在所述转子单元(10)上的转矩。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10104094A (ja) * 1996-09-30 1998-04-24 Yamaha Motor Co Ltd トルク検出方法、トルク検出装置および補助動力付走行装置
JP2002107240A (ja) 2000-09-28 2002-04-10 Hitachi Metals Ltd トルク伝達軸およびそれを用いたトルクセンサ
JP5024648B2 (ja) 2006-03-30 2012-09-12 Tdk株式会社 トルク検出方法及びトルク検出装置
JP5846405B2 (ja) 2007-11-13 2016-01-20 ジーアイエフ ゲゼルシャフト フル インドゥストリーフォルシュング エムベーハー トルク測定デバイス、トルク測定フランジおよびトルク測定方法
CH710404A1 (de) * 2014-11-24 2016-05-31 Kistler Holding Ag Magnetisches Drehwinkel- oder Wegmesssystem mit Referenzimpuls.
DE102015103823A1 (de) * 2015-03-16 2016-09-22 Sick Ag Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Gegenständen
US10309855B2 (en) * 2016-08-23 2019-06-04 FUTEK Advanced Sensor Technology Torque sensing system with wireless two-way communication
CN108627293A (zh) * 2018-05-07 2018-10-09 重庆三叶花科技有限公司 用于中轴力矩检测装置的形变桥结构
JP2021051098A (ja) 2021-01-13 2021-04-01 キヤノン株式会社 駆動装置、ロボット及びロボット装置

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